Hintergrund
Konventionelle poröse Gerüstmaterialien—MOFs, COFs und HOFs—finden vielfältige Anwendungen in der CO₂-Abscheidung, als Elektroden in Batterien, Superkondensatoren und Solarzellen, doch ihre Industrialisierung stößt auf Engpässe wie geringe Wasserstabilität und isolierende Eigenschaften. Hier berichten wir über die skalierbare und nachhaltige Synthese stabiler Phosphat-HOFs und COFs. Die hier beschriebenen HOFs und COFs bestehen aus einfachen organischen Linkern, die jeweils durch Wasserstoffbrücken bzw. P-O-P-Bindungen vernetzt sind, was eine nachhaltige Synthese, hohe chemische Stabilität, Recycelbarkeit und neue Materialeigenschaften ermöglicht, die über die konventioneller MOFs, COFs und HOFs hinausgehen.
Technische Beschreibung
Die zentrale Komponente ist ein organischer Linker mit mindestens einer Hydroxylgruppe und einem tetraedrisch koordinierten Zentralatom (z. B. R-PO₃H₂). Die Porosität kann potenziell auf über 3000 m²/g eingestellt werden. Bandlücken könnten typischerweise im Bereich von 1,4–1,7 eV liegen, Leitfähigkeiten zwischen 10⁻¹⁰ und 10² S/cm. Vielseitige Linkergeometrien sind denkbar. HOFs können durch Kristallisation der Linker in polaren oder unpolaren Lösungsmitteln gebildet werden; COFs potenziell durch ein-Schritt-Kondensation ohne Lösungsmittel. HOF-Dünnfilme lassen sich leicht herstellen und könnten durch Erhitzen in stabilere COF-Phasen überführt werden.
siehe auch Nature Communications 15, 7862 (2024) https://doi.org/10.1038/s41467-024-51950-1
Anwendungsmöglichkeiten
CO2-Abscheidung, Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen
Elektrodenmaterial in elektrochemischen Doppelschicht-Kondensatoren und Superkondensatoren
Photoaktive Schichten in Solarzellen und anderen Halbleiteranwendungen (z.B. flexible Elektronik, Druckelektronik, gedruckte Leiter, Dünnfilmtransistoren)
Komponenten in aktiven und passiven elektronischen Bauelementen sowie als Druckmaterialien für elektronische Bauteile
CO2-Abscheidung in einem porphyrinbasierten Polyphosphonat-COF (© HHU / Gündog Yücesan)
